JP6812969B2 - 固体撮像素子、撮像装置、及び、固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子、撮像装置、及び、固体撮像素子の製造方法 Download PDF

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Description

本技術は、固体撮像素子、撮像装置、及び、固体撮像素子の製造方法に関する。
近年、撮像時に自動的フォーカス調整を行うオートフォーカス（ＡＦ）機能を搭載した撮像装置が広く普及している。ＡＦの方式は、アクティブ方式とパッシブ方式に大別される。アクティブ方式においては、対象物（被写体）に照射した赤外線・超音波などの反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出する。パッシブ方式においては、レンズで捉えた画像を利用して測距を行う。パッシブ方式には、コントラスト検出方式と位相差検出方式がある。
位相差検出方式には、撮像用のイメージセンサーとは別に位相差ＡＦ専用のイメージセンサーを設ける方式と、撮像センサーに位相差検出画素を組み込んだ像面位相差ＡＦ方式とがある。いずれの方式においても、レンズから入ってくる光を２分割（瞳分割）し、その像のズレから合焦位置を検出する。前者は、撮像用のイメージセンサーとは別に位相差ＡＦ専用のイメージセンサーを搭載するため、撮像装置のサイズが大きくなるデメリットがある。後者は、撮像用のイメージセンサーに位相差検出用の画素（位相差検出画素）を組み込むため、撮像装置のサイズが小さくて済むメリットがある。
像面位相差ＡＦ方式では、位相差検出画素から取得した位相差信号に基づいてＡＦ動作を行う。像面位相差画素は、画角内に複数配置され、受光素子であるフォトダイオード上の開口部を左右または上下に半分程度遮光した画素構造を有する。像面位相差画素は、被写体光の一方の半分を遮光した像面位相差画素と、被写体光の他方の半分を遮光した像面位相差画素との２個一組で設けられ、２個一組の像面位相差画素が各々持つ異なる斜入射特性から１つの位相差信号を作り出している（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、マイクロレンズの結像点の位置と、遮光部の入射口側の縁部の位置と、が像高の変化に応じて離れるように形成された像面位相差画素の遮光部について開示されている。イメージセンサーへの被写体光の入射角は、セットレンズの軸外ではマイクロレンズの結像点から徐々にずれていくが、特許文献１の技術を適用することにより、チップ内の座標に応じてセットレンズからの被写体光の入射角に合うように、遮光部の入射口側の端部の位置を設計することができる。
特開２０１２−１８２３３２号公報
しかしながら、レンズ交換式の撮像装置の場合、装着するレンズ毎に主光線角度が異なるため、各レンズの主光線角度に応じた像面位相差画素を設ける必要がある。また、１つのレンズであっても、ズームポジションが変わると主光線角度が変わり、各ズームポジションの主光線角度に応じた像面位相差画素を設ける必要がある。仮に、主光線角度の素性が近い複数のレンズやズームポジションをグループ化して、グループ毎に像面位相差画素を設けたとしても、レンズラインナップの角度範囲やズームポジションの角度範囲が広い場合は、多数の像面位相差画素を設ける必要がある。像面位相差画素は、撮像画像の構成要素として使用できない欠陥画素扱いとなり、像面位相差画素の増加は撮像画像の画質劣化につながる。
本技術は、前記課題に鑑みてなされたもので、２以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を備える固体撮像素子、当該固体撮像素子を備える固体撮像装置、当該固体撮像素子の製造方法を実現することを目的とする。
本技術の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方で位置が互いに異なる第１縁部と第２縁部とを有する、固体撮像素子である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており 、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる第３方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方で位置が互いに異なる第１縁部と第２縁部とを有する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する 、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており 、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる第３方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子と、前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方で位置が互いに異なる第１縁部と第２縁部とを有する、固体撮像素子の製造方法である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する 、固体撮像素子の製造方法である。
本技術の他の態様の１つは、被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記受光素子と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており 、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる第３方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子の製造方法である。
なお、以上説明した固体撮像素子や固体撮像装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本技術は前記固体撮像素子や固体撮像装置を備える撮像システムとしても実現可能である。また、上述した固体撮像素子の製造方法は、他の方法の一環として実施されたり、各工程に対応する手段を備えた固体撮像素子の製造装置や該製造方法で作成された固体撮像素子を備えた固体撮像装置として実現されたりする等の各種の態様を含む。
本技術によれば、２以上の主光線角度での入射光に対応可能な像面位相差画素を備える固体撮像素子、当該固体撮像素子を備える固体撮像装置、当該固体撮像素子の製造方法を実現することが可能となる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また付加的な効果があってもよい。
第１の実施形態に係る固体撮像素子の構造を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部の縁部における第１縁部と第２縁部を説明する図である。 遮光部を有する画素の固体撮像素子上における位置・配列方向を説明する図である。 固体撮像装置の構成を示すブロック図である。 裏面照射型の固体撮像素子の要部構造を断面的に示した図である。 第２の実施形態に係る撮像装置の機能構成の一例を説明する図である。 固体撮像素子における画素配置の一例を示す模式図である。 位相差検出用画素から得られる受光データを説明する図である。 位相差検出用画素における合焦時の結像位置を説明する図である。 位相差検出用画素における合焦時の結像位置を説明する図である。 段差部を設けたことによる受光強度への影響を説明する図である。 固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。 固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。 固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。 固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。 固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。 固体撮像素子の製造方法の各工程における固体撮像素子の要部を示す図である。
以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
（Ａ）第１の実施形態：
（Ｂ）第２の実施形態：
（Ｃ）第３の実施形態：
（Ａ）第１の実施形態：
図１は、本実施形態に係る固体撮像素子１００の構造を説明する図である。
固体撮像素子１００は、複数の画素Ｐが二次元平面上に配列された受光部１０を有する。二次元平面上の配列には、 ダイアゴナル配列、デルタ配列、ハニカム配列等、各種の二次元配列を含む。
図２は、画素の断面形状を概略的に示した図である。同図に示すように、各画素Ｐは、入射光に応じた電気信号を生成する光電変換部としてのフォトダイオード２０、及び、フォトダイオード２０の受光面から離間して設けたマイクロレンズ３０を備えている。
複数の画素Ｐの一部又は全部は、フォトダイオード２０及びマイクロレンズ３０に加えて、フォトダイオード２０とマイクロレンズ３０の間に設けられた遮光部４０を備えている。以下、遮光部４０を備える画素を、画素Ｐｈと記載する。遮光部４０は、フォトダイオード２０の受光面上を通過する縁部４１を有する。
図３〜図１１は、各種の遮光部４０の縁部４１における第１縁部４１１と第２縁部４１２を説明する図である。
遮光部４０は、フォトダイオード２０の受光面上を通過する縁部４１を有し、縁部４１は、固体撮像素子１００の出力画像における上下方向に対応する第１方向Ｄ１と当該出力画像の左右方向に対応する第２方向Ｄ２との双方で位置が互いに異なる第１縁部４１１と第２縁部４１２とを有する。
図３（ａ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ１の上辺と下辺の間を接続しており、図３（ｂ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ２の上辺と下辺の間を接続しており、フォトダイオード２０の受光面上を概略第１方向Ｄ１（固体撮像素子１００の出力画像における上下方向に対応する方向）に沿って横切って通過する形状である。画素Ｐｈ１，Ｐｈ２の縁部４１は、フォトダイオード２０の受光面上を横切って通過する途中に段差部４１Ｇを有する。段差部４１Ｇは、縁部４１において第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２に延びる部分である。
縁部４１において、段差部４１Ｇを挟んで一方の側が第１縁部４１１を構成し、段差部４１Ｇを挟んで他方の側が第２縁部４１２を構成する。第１縁部４１１と第２縁部４１２は、固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃ（図９参照）から延びる少なくとも１本の放射線Ｄｒが、第１縁部４１１と第２縁部４１２の双方と交差するように設ける。
すなわち、第１縁部４１１と第２縁部４１２は、第１方向Ｄ１において互いに異なる位置に設けられ、第２方向Ｄ２においても段差部４１Ｇによるオフセットによって互いに異なる位置に設けられる。
なお、図３に示す例では、段差部４１Ｇの数が１つの場合を示してあるが、段差部４１Ｇの数はこれに限るものではなく、２以上の任意の数の段差部４１Ｇを縁部４１に設けて縁部を３つ以上に分割してもよい。段差部４１Ｇによって分割された全ての縁部が、固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃから延びる少なくとも１本の放射線Ｄｒと交差するように設ける。
図４（ａ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ１の左辺と右辺の間を接続しており、図４（ｂ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ２の左辺と右辺の間を接続しており、フォトダイオード２０の受光面上を概略第２方向Ｄ２（固体撮像素子１００の出力画像における左右方向に対応する方向）に沿って横切って通過する形状である。画素Ｐｈ１，Ｐｈ２の縁部４１は、フォトダイオード２０の受光面上を横切って通過する途中に段差部４１Ｇを有する。段差部４１Ｇは、縁部４１において第２方向Ｄ２とは異なる第１方向Ｄ１に延びる部分である。
縁部４１において、段差部４１Ｇを挟んで一方の側が第１縁部４１１を構成し、段差部４１Ｇを挟んで他方の側が第２縁部４１２を構成する。第１縁部４１１と第２縁部４１２は、固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃから延びる少なくとも１本の放射線Ｄｒが、第１縁部４１１と第２縁部４１２の双方と交差するように設ける。
すなわち、第１縁部４１１と第２縁部４１２は、第２方向Ｄ２において互いに異なる位置に設けられ、第１方向Ｄ１においても段差部４１Ｇによるオフセットによって互いに異なる位置に設けられる。
なお、図４に示す例では、段差部４１Ｇの数が１つの場合を示してあるが、段差部４１Ｇの数はこれに限るものではなく、２以上の任意の数の段差部４１Ｇを縁部４１に設けて縁部を３つ以上に分割してもよい。段差部４１Ｇによって分割された全ての縁部が、固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃから延びる少なくとも１本の放射線Ｄｒと交差するように設ける。
図５（ａ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ１の上辺と下辺の間を接続しており、図５（ｂ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ２の上辺と下辺の間を接続しており、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方と異なる第３方向Ｄ３に沿って、フォトダイオード２０の受光部１０上を横切って通過する形状である。すなわち、画素Ｐｈ１，Ｐｈ２の縁部４１が上下左右方向に対して傾斜した方向に延びる形状である。
この第３方向Ｄ３に沿って延びる縁部４１において、互いに異なる部位が第１縁部４１１と第２縁部４１２を構成する。縁部４１は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２の何れとも異なる第３方向Ｄ３に沿って伸びているため、第１縁部４１１と第２縁部４１２は、第２方向Ｄ２と第１方向Ｄ１の双方において位置が互いに異なる。
なお、図５に示す例では、縁部４１上には第１縁部４１１と第２縁部４１２の２つを設定した場合を示してあるが、縁部４１上には第１縁部４１１と第２縁部４１２以外に任意の数の縁部を設定することができる。縁部４１上に設定される第１縁部４１１や第２縁部４１２、その他縁部は、いずれも固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃから延びる少なくとも１本の放射線Ｄｒと交差する。
図６（ａ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ１の左辺と右辺の間を接続しており、図６（ｂ）に示す遮光部４０において、縁部４１は画素Ｐｈ２の左辺と右辺の間を接続しており、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方と異なる第４方向Ｄ４に沿って、フォトダイオード２０の受光部１０上を横切って通過する形状である。すなわち、画素Ｐｈ１，Ｐｈ２の縁部４１が上下左右方向に対して傾斜した方向に延びる形状である。
この第４方向Ｄ４に沿って延びる縁部４１において、互いに異なる部位が第１縁部４１１と第２縁部４１２を構成する。縁部４１は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２の何れとも異なる第４方向Ｄ４に沿って伸びているため、第１縁部４１１と第２縁部４１２は、第２方向Ｄ２と第１方向Ｄ１の双方において位置が互いに異なる。
なお、図５に示す例では、縁部４１上には第１縁部４１１と第２縁部４１２の２つを設定した場合を示してあるが、縁部４１上には第１縁部４１１と第２縁部４１２以外に任意の数の縁部を設定することができる。縁部４１上に設定される第１縁部４１１や第２縁部４１２、その他縁部は、いずれも固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃから延びる少なくとも１本の放射線Ｄｒと交差する。
図７に示す遮光部４０において、縁部４１は、図５に示す遮光部４０と同様に、画素Ｐｈ１、Ｐｈ２の上辺と下辺の間を接続しており、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方と異なる第３方向Ｄ３に沿って、フォトダイオード２０の受光面上を横切って通過する形状である。ただし、図７に示す縁部４１は、第３方向Ｄ３とは異なる方向（図７では、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２）に延びる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている。
第１縁部４１１と第２縁部４１２は、この第３方向Ｄ３に沿って延びる縁部４１上の第１方向Ｄ１に延びる方向線の上に離間して設けられる。これにより、縁部４１は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方で位置が互いに異なる第１縁部４１１と第２縁部４１２とを有することになる。なお、上述した図３に示す画素Ｐｈの遮光部４０の縁部４１は、このような図７に示す縁部４１をジグザグにした態様の１つとして捉えることもできる。
図８に示す遮光部４０において、縁部４１は、図６に示す遮光部４０と同様に、画素Ｐｈ１、Ｐｈ２の左辺と右辺の間を接続しており、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方と異なる第４方向Ｄ４に沿って、フォトダイオード２０の受光面上を横切って通過する形状である。ただし、図８に示す縁部４１は、第４方向Ｄ４とは異なる方向（図８では、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２）に延びる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている。
第１縁部４１１と第２縁部４１２は、この第４方向Ｄ４に沿って延びる縁部４１上の第２方向Ｄ２に延びる方向線の上に離間して設けられる。これにより、縁部４１は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との双方で位置が互いに異なる第１縁部４１１と第２縁部４１２とを有することになる。なお、上述した図４に示す画素Ｐｈの遮光部４０の縁部４１は、このような図８に示す縁部４１をジグザグに形成した態様の１つとして捉えることもできる。
図９に示す画素Ｐｈ１、Ｐｈ２の遮光部４０において、縁部４１は、固体撮像素子１００の受光面１０の光軸中心１１ｃからの放射線Ｄｒに沿って、画素Ｐｈ１，Ｐｈ２を横切って通過する形状である。なお、図９に示す縁部４１についても、図７、図８に示す例と同様に、放射線Ｄｒと異なる方向線の組み合わせによってジグザグに形成してもよい。第１縁部４１１と第２縁部４１２は、放射線Ｄｒに沿って延びる縁部４１上に離間して設けられる。
なお、図９に示す画素Ｐｈの遮光部４０のように、放射線Ｄｒに沿って縁部４１を形成すると、縁部４１が第１方向Ｄ１や第２方向Ｄ２に沿って延びる場合が有り、この場合、第１縁部４１１と第２縁部４１２は、第１方向Ｄ１又は第２方向Ｄ２において同じ位置に設けられる場合がある。また、縁部４１が第１方向Ｄ１や第２方向Ｄ２に沿って延びる場合は、放射線Ｄｒと異なる方向線の組み合わせによってジグザグに形成する必要はない。
図１０は、縁部４１に段差部４１Ｇを有する画素Ｐｈの段差幅を固体撮像素子１００内で対比した図である。図１０には、複数の画素Ｐｈを一列に配列した状態を示してある。
これら複数の画素Ｐｈは、受光面１０の光軸中心１１ｃからの離間度合に応じて段差部４１Ｇの段差幅が徐々に増加する構成となっている。すなわち、光軸中心に近い画素Ｐｈから順に、段差部４１Ｇの段差幅は、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６となっており、これら段差幅は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４＜ｄ５＜ｄ６、の大小関係を有している。
図１１は、縁部４１に傾斜を有する画素Ｐｈの傾斜角度を固体撮像素子１００内で対比した図である。図１１には、複数の画素Ｐｈを一列に配列した状態を示してある。これら複数の画素Ｐｈは、受光面１０の光軸中心１１ｃからの離間度合に応じて傾斜角度が徐々に増加する構成となっている。すなわち、光軸中心に近い画素Ｐｈから順に、傾斜角度は、θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６となっており、これら段差幅は、θ１＜θ２＜θ３＜θ４＜θ５＜θ６、の大小関係を有している。
図３〜図１１に示す画素Ｐｈは、画素中心を点対称の軸にして互いに１８０°回転した形状を持つ画素Ｐｈ１と画素Ｐｈ２（図３〜図８に示す例では（ａ）と（ｂ））の２種類がある。すなわち、画素Ｐｈには、縁部４１を挟んで一方側を遮光しつつ他方側を開口した画素Ｐｈ１と、縁部４１を挟んで一方側を開口しつつ他方側を遮光した画素Ｐｈ２の２種類がある。
これら画素Ｐｈ１と画素Ｐｈ２の位置関係としては、画素Ｐｈ１から一定範囲内に少なくとも１つの画素Ｐｈ２が配設され、画素Ｐｈ２から一定範囲内に少なくとも１つの画素Ｐｈ１が配設される。一定範囲内としては、１〜数画素程度であり、各画素へ入射する入射光の主光線角度が略同等と見なせる程度に近接した範囲である。 すなわち、画素Ｐｈ１と、当該画素Ｐｈ１から一定範囲内にある画素Ｐｈ２との受光結果を対比して、後述する撮像装置２００において合焦判定を行うことができる。
図１２は、図３〜図８に示す遮光部４０を有する画素Ｐｈの固体撮像素子１００上における位置・配列方向を説明する図である。
図３〜図８に示す画素Ｐｈは、主に、固体撮像素子１００の受光面１００の画隅部分に設けられる。画隅部分は、図１０に示す例では、光軸中心１１ｃを通って第１方向Ｄ１に延びる第１線Ｌ１及び光軸中心１１ｃを通って第２方向Ｄ２に延びる第２線Ｌ２と交差する画素を除く画素エリアを指す。なお、第１線Ｌ１や第２線Ｌ２と交差する部位に画素Ｐｈを設けることを禁止する趣旨ではない。一方、図９に示す画素Ｐｈについては、第１線Ｌ１上と第２線Ｌ２上を含む受光面１０上の任意の位置に設けることができる。
画素Ｐｈは、後述する撮像装置２００において適宜選択される検波方向Ｄｄに沿って離間的又は連続的に並べて配置される。図１２に示す例では、固体撮像素子１００の出力画像における左右方向に対応する第２方向Ｄ２を検波方向Ｄｄとしてあり、この検波方向Ｄｄに沿って複数の画素Ｐｈを並べて配置した位相差検出画素群ＰＬが設けられている。この位相差検出画素群ＰＬにおいては、全体的に画素Ｐｈ１と画素Ｐｈ２とが略同等の比率で設けられており、例えば画素Ｐｈ１と画素Ｐｈ２が交互に設けられている。
以上説明した固体撮像素子１００は様々な具体的な態様で実現可能であり、以下では、具体的な態様の一例について説明する。
図１３は、固体撮像素子１００の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、固体撮像素子として、Ｘ−Ｙアドレス型固体撮像素子の一種であるＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを例にとり説明を行うが、むろん、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを採用してもよい。以下、図１３を参照しつつＣＭＯＳイメージセンサとしての固体撮像素子の具体的な一例について説明する。
図１３において、固体撮像素子１００は、画素部１２１、垂直駆動部１２２、アナログデジタル変換部１２３（ＡＤ変換部１２３）、参照信号生成部１２４、水平駆動部１２５、通信・タイミング制御部１２６及び信号処理部１２７を備えている。
画素部１２１には、光電変換部としてのフォトダイオードを含む複数の画素Ｐが二次元マトリクス状に配置されている。フォトダイオードは受光量に応じた電気信号を生成する。画素部１２１の受光面側には、各画素に対応してフィルタの色を区分された色フィルタアレイが設けられる。
画素部１２１には、ｎ本の画素駆動線ＨＳＬｎ（ｎ＝１，２，・・・）とｍ本の垂直信号線ＶＳＬｍ（ｍ＝１，２，・・・）が配線されている。画素駆動線ＨＳＬｎは、図の左右方向（画素行の画素配列方向／水平方向）に沿って配線され、図の上下方向に等間隔で配置されている。垂直信号線ＶＳＬｍは、図の上下方向（画素列の画素配列方向／垂直方向）に沿って配線され、図の左右方向に等間隔で配置されている。
画素駆動線ＨＳＬｎの一端は、垂直駆動部１２２の各行に対応した出力端子に接続されている。垂直信号線ＶＳＬｍは各列の画素Ｐに接続されており、その一端は、ＡＤ変換部１２３に接続されている。垂直駆動部１２２や水平駆動部１２５は、通信・タイミング制御部１２６の制御の下、画素部１２１を構成する各画素Ｐから、フォトダイオードＰＤが受光量に応じて生成するアナログの電気信号を順次に読み出す制御を行う。
通信・タイミング制御部１２６は、例えば、タイミングジェネレータと通信インターフェースとを備える。タイミングジェネレータは、外部から入力されるクロック（マスタークロック）に基づいて、各種のクロック信号を生成する。通信インターフェースは、固体撮像素子１００の外部から与えられる動作モードを指令するデータなどを受け取り、固体撮像素子１００の内部情報を含むデータを外部へ出力する。
通信・タイミング制御部１２６は、マスタークロックに基づいて、マスタークロックと同じ周波数のクロック、それを２分周したクロック、より分周した低速のクロック、等を生成し、デバイス内の各部（垂直駆動部１２２、水平駆動部１２５、ＡＤ変換部１２３、参照信号生成部１２４、信号処理部１２７、等）に供給する。
垂直駆動部１２２は、例えば、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成されている。垂直駆動部１２２は、外部から入力される映像信号をデコードした信号に基づいて、行アドレスを制御するための垂直アドレス設定部や行走査を制御するための行走査制御部を備えている。
垂直駆動部１２２は、読み出し走査と掃き出し走査が可能である。
読み出し走査とは、信号を読み出す単位画素を順に選択する走査である。読み出し走査は、基本的には行単位で順に行われるが、所定の位置関係にある複数画素の出力を加算もしくは加算平均することにより画素の間引きを行う場合は、所定の順番により行われる。
掃き出し走査とは、読み出し走査にて読み出しを行う行又は画素組み合わせに対し、この読み出し走査よりもシャッタースピードの時間分だけ先行して、読み出しを行う行又は画素組み合わせに属する単位画素をリセットさせる走査である。
水平駆動部１２５は、通信・タイミング制御部１２６の出力するクロックに同期してＡＤ変換部１２３を構成する各ＡＤＣ回路を順番に選択する。ＡＤ変換部１２３は、垂直信号線ＶＳＬｍごとに設けられたＡＤＣ回路（ｍ＝１，２，・・・）を備え、各垂直信号線ＶＳＬｍから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、水平駆動部１２５の制御に従って水平信号線Ｌｔｒｆに出力する。
水平駆動部１２５は、例えば、水平アドレス設定部や水平走査部を備えており、水平アドレス設定部が規定した水平方向の読み出し列に対応するＡＤ変換部１２３の個々のＡＤＣ回路を選択することにより、選択されたＡＤＣ回路において生成されたデジタル信号を水平信号線Ｌｔｒｆに導く。
このようにしてＡＤ変換部１２３から出力されたデジタル信号は、水平信号線Ｌｔｒｆを介して信号処理部１２７へ入力される。信号処理部１２７は、画素部１２１からＡＤ変換部１２３を経由して出力される信号を、演算処理にて、色フィルタアレイの色配列に対応した画像信号に変換する処理を行う。
また、信号処理部１２７は、必要に応じて、水平方向や垂直方向の画素信号を加算や加算平均等により間引く処理を行う。このようにして生成された画像信号は、固体撮像素子１００の外部に出力される。
参照信号生成部１２４は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備えており、通信・タイミング制御部１２６から供給されるカウントクロックに同期して、参照信号Ｖｒａｍｐ（後述の図４等参照）を生成する。参照信号Ｖｒａｍｐは、通信・タイミング制御部１２６から供給される初期値から階段状に時間変化する鋸歯状波（ランプ波形）である。この参照信号Ｖｒａｍｐは、ＡＤ変換部１２３の個々のＡＤＣ回路に供給される。
ＡＤ変換部１２３は、複数のＡＤＣ回路を備えている。ＡＤＣ回路は、各画素Ｐから出力されるアナログ電圧をＡＤ変換するにあたり、所定のＡＤ変換期間（後述するＰ相期間やＤ相期間）に参照信号Ｖｒａｍｐと垂直信号線ＶＳＬｍの電圧とを比較器にて比較し、参照信号Ｖｒａｍｐと垂直信号線ＶＳＬｍの電圧の電圧（画素電圧）との大小関係が反転する前後いずれかの時間をカウンタにてカウントする。これにより、アナログの画素電圧に応じたデジタル信号を生成することができる。なお、ＡＤ変換部１２３の具体例については後述する。
図１４は、裏面照射型の固体撮像素子３００の要部構造を断面的に示した図である。なお、本実施形態では、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサーを例に取り説明を行うが、むろん、これに限るものではなく、表面照射型のＣＭＯＳイメージセンサーや裏面照射型、表面照射型のＣＣＤイメージセンサーに適用することもできる。
また、後述する固体撮像素子３００の構造は一例であり、集光構造を限定するものではない。また、例えば、集光パワーを上げる為の層内レンズ、混色やフレアを抑制する為に層間絶縁膜３２１からカラーフィルタ層３１８までの間で画素間に設けられる遮光壁、等を組み合わせてもよい。
同図に示す固体撮像素子３００は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサーであり、例えば、シリコンによる半導体基板３０１に複数の単位画素３１１が配列された画素領域３１０（いわゆる、撮像領域）と、画素領域３１０の周辺に配置された周辺回路部（不図示）とを形成して構成される。
画素トランジスタは、基板表面３０１Ａの側に形成され、図１４ではゲート電極３１２を示して模式的に画素トランジスタの存在を示している。各フォトダイオードＰＤは不純物拡散層による素子分離領域３１３で分離される。
半導体基板３０１の画素トランジスタが形成された表面側には、層間絶縁膜３１５を介して、複数の配線３１４を形成した多層配線層３１６が形成される。このため、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサーでは、フォトダイオードＰＤの位置に関係なく配線３１４を形成することができる。
半導体基板３０１のフォトダイオードＰＤが臨む裏面３０１Ｂ上には、反射防止膜として機能する層間絶縁膜３２１が形成される。層間絶縁膜３２１は、互いに屈折率が異なる複数の膜が積層された積層構造を有する。
層間絶縁膜３２１は、例えば、半導体基板３０１の側から順に積層された、ハフニウム酸化（ＨｆＯ2）膜とシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の２層構造で構成される。ハフニウム酸化膜は、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い高誘電率絶縁層（ｈｉｇｈ−ｋ膜）である。その他、層間絶縁膜３２１にはシリコン窒化膜を用いてもよい。
層間絶縁膜３２１上には、遮光膜３２０が形成される。遮光膜３２０は、光を遮断する材料であればよいが、遮光性が強く、かつ微細加工が可能な材料、例えばエッチングで精度良く加工できる材料で形成することが好ましい。より具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、或いは銅（Ｃｕ）が例示される。この遮光膜３２０は、上述した固体撮像素子１００の遮光部４０に相当する。なお、表面照射型のイメージセンサーの場合、遮光膜３２０の代わりにフォトダイオードとカラーフィルタ層の間に設けられる配線層を用いて上述した遮光部４０を構成してもよい。
層間絶縁膜３２１と遮光膜３２０の上には、必要に応じて平坦化膜３１７が形成され、平坦化膜３１７の上には、フォトダイオードＰＤそれぞれの位置に対応するように形成された複数のカラーフィルタで構成されるカラーフィルタ層３１８が形成される。なお、平坦化膜３１７は、層間絶縁膜３２１と平坦化膜３１７の上面の段差を許容可能であれば形成しなくても構わない。
カラーフィルタ層３１８の上面には、フォトダイオードＰＤそれぞれに対応するようにマイクロレンズ３１９が形成される。マイクロレンズ３１９は、図１４に示すように、半導体基板３０１の裏面であって、遮光膜３２０の上方に設けられる。マイクロレンズ３１９は、画素領域３１０に配列された複数のフォトダイオードＰＤに対応するように、複数が同一形状で配置されている。マイクロレンズ３１９は、受光面ＪＳからカラーフィルタ層３１８の側へ向かう方向において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズである。
（Ｂ）第２の実施形態：
次に、上述した第１の実施形態に係る固体撮像素子を含んで構成される撮像装置２００について説明する。図１５は、本実施形態に係る撮像装置の機能構成の一例を説明する図である。
撮像装置２００は、被写体を撮像して画像データ（撮像画像）を生成し、生成された画像データを画像コンテンツ（静止画コンテンツまたは動画コンテンツ）として記録する撮像装置である。なお、以下では、画像コンテンツ（画像ファイル）として静止画コンテンツ（静止画ファイル）を記録する例を主に示す。
撮像装置２００は、レンズ部２１０、操作部２２０、制御部２３０、固体撮像素子２４０、信号処理部２５０、記憶部２６０、表示部２７０、合焦判定部２８０、及び、駆動部２９０を備える。固体撮像素子２４０は、上述した第１の実施形態に係る固体撮像素子１００により構成される。
レンズ部２１０は、被写体からの光（被写体光）を集光する。このレンズ部２１０は、例えば、ズームレンズ２１１と、絞り２１２と、フォーカスレンズ２１３と、レンズ制御部２１４（不図示）とを備える。
本実施形態においてレンズ部２１０は交換可能であり、以下では、必要に応じて、第１レンズ部２１０Ａと第２レンズ部２１０Ｂとで交換可能な場合を例にとり説明を行う。なお、交換可能なレンズ部の数は２以上としてもよく、この場合上述した段差部４１Ｇによって分割する縁部の数を各画素へ入射する入射光の主光線角度の数（又は主光線角度の素性が近い複数のレンズやズームポジションのグループ数）に応じて増加させる。なお、以下では、第１レンズ部２１０Ａを撮像装置２００に装着した場合と第２レンズ部２１０Ｂを撮像装置２００に装着した場合とで、各画素へ入射する光の主光線入射角度が互いに異なるものとする。
ズームレンズ２１１は、駆動部２９０の駆動により光軸方向に移動して焦点距離を変動させ、撮像画像に含まれる被写体の倍率を調整する。絞り２１２は、駆動部２９０の駆動により開口の度合いを変化させて固体撮像素子２４０に入射する被写体光の光量を調整する。フォーカスレンズ２１３は、駆動部２９０の駆動により光軸方向に移動して、固体撮像素子２４０への入射光の焦点を調整する。
操作部２２０は、ユーザからの操作を受け付けるものである。この操作部２２０は、例えば、シャッターボタンが押下操作された場合に、当該押下操作に応じた信号を操作信号として制御部２３０に供給する。
制御部２３０は、撮像装置２００を構成する各部の動作を制御する。例えば、制御部２３０は、位相差検出方式によりフォーカスの合焦判定を行う場合には、この合焦判定を行う動作（位相差検出動作）を示す信号（位相差検出動作信号）を信号処理部２５０に供給する。位相差検出方式とは、撮像レンズを通過した光を瞳分割して１対の像を形成し、その形成された像の間隔（像の間のズレ量）を計測（位相差を検出）することによって合焦の度合いを検出する焦点検出方法である。
固体撮像素子２４０は、被写体光を受光して、受光した被写体光を電気信号に光電変換する。
固体撮像素子２４０には、受光した被写体光に基づいて撮像画像を生成するための信号を生成する画素（画像生成画素）と、位相差検出を行うための信号を生成する画素（位相差検出画素）とが配置される。固体撮像素子２４０は、光電変換により発生した電気信号を信号処理部２５０に供給する。
信号処理部２５０は、固体撮像素子２４０から供給された電気信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理部２５０は、例えば、制御部２３０から静止画像撮像動作信号が供給されている場合には、各種の信号処理を施して、静止画像のデータ（静止画像データ）を生成する。信号処理部２５０は、生成した画像データを記憶部２６０に供給し、記憶部２６０に記憶させる。
信号処理部２５０は、制御部２３０から位相差検出動作信号が供給されている場合には、固体撮像素子２４０の位相差検出画素からの出力信号に基づいて、位相差を検出するためのデータ（位相差検出用データ）を生成する。信号処理部２５０は、生成した位相差検出用データを合焦判定部２８０に供給する。
信号処理部２５０は、制御部２３０からライブビュー表示信号が供給されている場合には、固体撮像素子２４０における画像生成画素からの出力信号に基づいて、ライブビュー画像のデータ（ライブビュー画像データ）を生成する。信号処理部２５０は、生成したライブビュー画像データを表示部２７０に供給する。
記憶部２６０は、信号処理部２５０から供給された画像データを画像コンテンツ（画像ファイル）として記録する。記憶部２６０には、例えば、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体や内蔵記録媒体を用いることができる。
表示部２７０は、信号処理部２５０から供給された画像データに基づいて、表示画面に画像を表示する。表示部２７０は、例えば、液晶パネルにより実現される。表示部２７０は、例えば、信号処理部２５０からライブビュー画像データが供給された場合には、表示画面にライブビュー画像を表示する。
合焦判定部２８０は、信号処理部２５０から供給された位相差検出用データに基づいて、フォーカスを合わせる対象の物体（合焦対象物）に対してフォーカスが合っているか否か判定する。
合焦判定部２８０は、フォーカシングを行う領域（フォーカスエリア）における物体（合焦対象物）に対して合焦している場合には、合焦していることを示す情報を合焦判定結果情報として、駆動部２９０に供給する。
合焦判定部２８０は、フォーカスエリアにおける合焦対象物にフォーカスが合っていない場合には、フォーカスのズレの量（デフォーカス量）を算出し、その算出したデフォーカス量を示す情報を合焦判定結果情報として駆動部２９０に供給する。
ここで、デフォーカス量の算出の一例について説明する。図１６は、固体撮像素子２４０における画素配置の一例を示す模式図である。同図では、上下方向をＹ軸、左右方向をＸ軸とし、固体撮像素子２４０における信号の読み出し方向はＸ軸方向とする（行単位で読み出される）。本実施形態においては、検波方向ＤｄをＸ軸方向とする。
固体撮像素子２４０では、画像生成画素が配置される行と位相差検出画素が配置される行とが交互に配置される。図１６に示す例では、画素群を構成する各画素をＸ軸方向に並べた位相差検出画素群ＰＬ、画像生成画素群ＰＧ、位相差検出画素群ＰＬ、画像生成画素群ＰＧ、・・・が、Ｙ軸方向に沿って交互に配置されている。
また、固体撮像素子２４０では、縁部４１の左を開口した画素Ｐｈ１と縁部４１の右を開口した画素Ｐｈ２とが交互に配置されるラインＰＬ１と、縁部４１の上を開口した画素Ｐｈ１と縁部４１の下を開口した画素Ｐｈ２とが交互に配置されるラインＰＬ２とが、画像生成画素群ＰＧを挟んで交互になるように配置される。すなわち、位相差検出画素群ＰＬとしては、同一方向（読み出し方向（左右）または読み出し方向に直交する方向（上下））に瞳分割を行う位相差検出画素が行単位で配置される。
図１７は、画素Ｐｈから得られる受光データを説明する図である。同図には、ラインＰＬ１から得られる受光データを示してある。ラインＰＬ１の並び方向は上述した検波方向Ｄｄに相当する。以下では、ラインＰＬ１から得られる受光データのうち、画素Ｐｈ１から得られる受光データを受光データＤａと呼び、画素Ｐｈ２から得られる受光データを受光データＤｂとする。
受光データＤａと受光データＤｂを比較すると、受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列はほぼ同様の波形であり、デフォーカス量に応じた位相差で検波方向Ｄｄに互いにオフセットした形状である。受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列は、デフォーカス量が大きいほど位相差量（横ズレ量）が増大する。
受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列の間の位相差量は、各種の演算により算出可能であり、例えば各受光データの重心位置の差に基づいて算出可能である。この位相差量に基づいて被写体までの距離を算出することができる。なお、この位相差量は、受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列の間の相関演算を行うことで求めることも可能である。受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列の間の相関量の評価値を求める方法は、公知の又は今後開発される各種の方法を採用できる。
例えば、一方の波形データ（曲線）を画素単位でシフトしながら他方の曲線との差分の総和をとり、総和が最小となるときの距離を位相差量として求める方法がある。より具体的には、受光データＤａを構成する各点と受光データＤｂを構成する各点との差分の絶対値の積算値を求め、最小の積算値が得られた点間の差分を位相差量とする。以下、最小の積算値を相関値という。受光データＤａと受光データＤｂの相関が高いほど相関値の最小値は小さくなる。
受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列のオフセット量とデフォーカス量とは比例関係となっており、この比例関係の比例係数は工場試験等によって事前に取得できる。
合焦判定部２８０は、受光データＤａのデータ系列と受光データＤｂのデータ系列の位相差量からデフォーカス量を算出し、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量を駆動部２９０に与える。なお、デフォーカス量とフォーカスレンズ２１３の駆動量との関係は、撮像装置２００に装着されているレンズ部２１０の設計値より一意に定まるものである。
駆動部２９０は、レンズ部２１０を構成するズームレンズ２１１、絞り２１２及びフォーカスレンズ２１３を駆動する。
駆動部２９０は、例えば、合焦判定部２８０から出力された合焦判定結果情報に基づいて、フォーカスレンズ２１３の駆動量を算出し、その算出した駆動量に応じてフォーカスレンズ２１３を移動させる。これにより、合焦判定部２８０が検出した焦点位置にフォーカスレンズ２１３を移動させるオートフォーカス(ＡＦ)制御が実行される。
駆動部２９０は、フォーカスが合っている場合には、フォーカスレンズ２１３の現在の位置を維持させる。駆動部２９０は、フォーカスがズレている場合には、デフォーカス量を示す合焦判定結果情報およびフォーカスレンズ２１３の位置情報に基づいて駆動量（移動距離）を算出し、その駆動量に応じてフォーカスレンズ２１３を移動させる。
図１８は、画素Ｐｈにおける合焦時の結像位置を説明する図である。同図に示す例では、各画素へ入射する入射光について、互い異なる２種類の主光線角度を切り替えて使用する場合（第１レンズ部２１０Ａと第２レンズ部２１０Ｂを交換して使用する場合やズームポジションを切り替えて使用する場合）を示してある。例えば、第１レンズ部２１０Ａと第２レンズ部２１０Ｂを交換して使用する場合、画素Ｐｈ１，Ｐｈ２において、第１レンズ部２１０Ａを用いて合焦させた場合には第１縁部４１１付近に集光し、第２レンズ部２１０Ｂを用いて合焦させた場合には第２縁部４１２付近に集光するように、第１縁部４１１及び第２縁部４１２の位置が調整されている。これにより、同じ位相差検出画素群ＰＬを用いて主光線角度の互いに異なる２種類のレンズ部又は主光線角度の互いに異なる２種類のズームポジションの合焦判定を行うことが可能となる。
図１９は、画素Ｐｈにおける合焦時の結像位置を説明する図である。同図に示す例では、各画素へ入射する入射光について、３以上の互いに異なる複数の主光線角度を切り替えて使用する場合（複数種類のレンズ部を交換して使用する場合や複数のズームポジションを切り替えて使用する場合）を示してある。このとき、画素Ｐｈ１，Ｐｈ２において、第１主光線角度から一定範囲内に主光線角度を有するレンズ部又はズームポジション（第１主光線角度グループＧ１）で合焦させた場合には第１縁部４１１付近に集光し、第２主光線角度から一定範囲内の主光線角度を有するレンズ部又はズームポジション（第２主光線角度グループＧ２）で合焦させた場合には第２縁部４１２付近に集光するように、第１縁部４１１及び第２縁部４１２の位置が調整されている。これにより、同じ位相差検出画素群ＰＬを用いて、第１主光線角度グループＧ１及び第２主光線角度グループＧ２に属する複数種類のレンズ部又はズームポジションの合焦判定を行うことが可能となる。
図２０は、縁部４１の途中に段差部４１Ｇを設けたことによる受光強度に対する影響を説明する図である。
図２０（ａ）に示す画素Ｐｈ１のように、段差部４１Ｇの凸角に隣接する第１縁部４１１に集光する場合は、段差部４１Ｇが無い場合には遮光部４０がカットするはずの光の一部が段差部４１Ｇからの縁漏れ光としてフォトダイオードＰＤへ余分に入射する。一方、図２０（ｂ）に示す画素Ｐｈ２のように段差部４１Ｇの凹角に隣接する集光する場合は、段差部４１Ｇが無い場合にはフォトダイオードＰＤへ入射するはずの光の一部を遮光部４０が余分にカットしてしまう。
そこで、本実施形態に係る撮像装置２００では、段差部４１Ｇの凸角に隣接する縁部に集光する場合の余分な縁漏れ光成分による影響と、段差部４１Ｇの凹角に隣接する縁部に集光する場合の余分な遮光成分による影響とを、演算により調整して除去するための構成を設けてある。
具体的には、段差部４１Ｇの凸角に隣接する縁部に集光する画素から得られる受光データについては、信号強度から所定量を減算した上で上述した位相差量の演算を行い、段差部４１Ｇの凹角に隣接する縁部に集光する画素から得られる受光データについては、信号強度に所定量を加算した上で上述した位相差量の演算を行う。減算量及び加算量は実測又はシミュレーション等によって予め設定される。むろん、信号強度の調整の仕方は適宜に変更可能であり、何れか一方の受光データに他方の加算分または減算分を上乗せして減算又は加算を行っても構わない。
（Ｃ）第３の実施形態：
以下、上述した固体撮像素子３００を製造するための製造方法の一例について説明する。図２１〜図２６は、固体撮像素子３００の製造方法の各工程における固体撮像素子３００の要部を示す図である。なお、本実施形態では、上述した裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサーの製造方法を示してある。
〜
まず、図２１に示すように、半導体基板３０１の画素領域を形成すべき領域に、各画素に対応させて光電変換部としてのフォトダイオードＰＤをそれぞれ形成する第１工程を行う。
フォトダイオードＰＤは、基板厚さ方向の全域にわたるｎ型半導体領域と、ｎ型半導体領域に接して形成されて基板の表裏両面に臨むｐ型半導体領域とから成るｐｎ接合を有して形成される。これらのｐ型半導体領域やｎ型半導体領域は、例えば、イオン注入法を用いて、不純物を半導体基板に導入することによって形成される。各フォトダイオードＰＤは、ｐ型半導体で形成された素子分離領域によって分離される。
基板表面３０１Ａの各画素に対応する領域には、それぞれ素子分離領域に接するｐ型半導体ウェル領域を形成し、このｐ型半導体ウェル領域内にそれぞれ画素トランジスタを形成する。画素トランジスタは、それぞれソース領域及びドレイン領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極３１２とにより形成される。さらに、基板表面３０１Ａの上部には、層間絶縁膜３１５を介して複数層の配線３１４を配置した多層配線層３１６を形成する。
次に、図２２に示すように、受光面となる基板裏面３０１Ｂ上に、反射防止膜として機能する層間絶縁膜３２１を形成する。層間絶縁膜３２１は、例えば、半導体基板３０１の裏面側から順にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ2）を積層した二層膜で形成できる。ハフニウム酸化膜は反射防止に最適な膜厚で形成される。層間絶縁膜３２１は、例えば、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。
次に、図２３に示すように、層間絶縁膜３２１を介して半導体基板３０１の基板裏面３０１Ｂ上に、遮光膜３２０を形成する。具体的には、層間絶縁膜３２１の全面に遮光膜を成膜する成膜工程と、その遮光膜をエッチングによりパターン加工するパターン加工工程とを行って遮光膜３２０を形成する。なお、遮光膜３２０は、単独で形成してもよいが、周辺回路や光学的黒レベルを決める画素上の遮光膜と同時に形成してもよい。
遮光膜３２０の材料は、遮光性が強く、例えばエッチングで精度良く加工できる、繊細加工に適したものが好ましい。こうした特性を有する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、等の金属材料が例示される。
遮光膜３２０の成膜工程は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃｈａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、メッキ処理等により行われる。これにより、上述したアルミニウム等の金属膜が層間絶縁膜３２１の全面に形成される。
遮光膜３２０のパターン加工工程では、画像生成用画素については画素間の境界に対応する部分に沿ってレジストマスクが形成され、位相差検出用画素については画素間の境界に対応する部分及び縁部４１を挟んで何れか遮蔽される側にレジストマスクが形成され、レジストマスクが形成されない部分の遮光膜３２０が、ウェットエッチングやドライエッチング等のエッチングにより選択的にエッチング除去される。
これにより、遮光膜３２０は、画像生成用画素については、互いに隣接する画素の境界線に沿って形成され、フォトダイオードＰＤの受光面の部分を開口したパターンが形成される。一方、位相差検出用画素については、同様の境界線に沿って遮光膜３２０が形成されるとともに、上述した画素Ｐｈ１については縁部４１を境にして一方側を遮蔽するように形成され、上述した画素Ｐｈ２については縁部４１を境にして他方側を遮蔽するように形成される。
次に、図２４に示すように、層間絶縁膜３２１及び遮光膜３２０を介して基板裏面３０１Ｂ上に、透明な平坦化膜３１７を形成する。平坦化膜３１７は、例えば、熱可塑性樹脂をスピンコート法によって成膜した後、熱硬化処理を行うことにより形成される。なお、平坦化膜３１７は、シリコン酸化膜等の無機膜を成膜して化学機械研磨によって平坦化して形成してもよい。これにより、平坦化膜３１７内に遮光膜３２０が設けられた状態となる。
次に、図２５に示すように、平坦化膜３１７の上にカラーフィルタ層３１８及び隔壁部３５０を形成する。カラーフィルタ層３１８及び隔壁部３５０は、例えば、顔料や染料などの色材と感光性樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成し、その塗膜をリソグラフィ技術でパターン加工することにより形成される。
各色のカラーフィルタの形成は、例えば、次のようにして行う事が出来る。まず、形成したい色の分光特性を得るための色材と感光性樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法によって塗布し、フォトレジスト膜（図示なし）を成膜する。その後、プリベーク処理を実施した後に、そのフォトレジスト膜についてパターン加工することで、所望の色のカラーフィルタが形成される。
次に、図２６に示すように、カラーフィルタ層３１８上に、マイクロレンズ３１９を形成する。マイクロレンズ３１９は、例えば、ポジ型のフォトレジスト膜をカラーフィルタ層３１８上に成膜後、加工することによって形成される。ここでは、受光面ＪＳからカラーフィルタ層３１８の側へ向かう方向において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズとして、マイクロレンズ３１９を設ける。
マイクロレンズの材料としては、スチレン系樹脂やアクリル系樹脂、スチレン−アクリル共重合系樹脂、シロキサン系樹脂等の有機材料が例示される。レンズの形状形成には、例えば主成分としてノボラック樹脂の感光性材料をフォトレジストとしてリソグラフィ技術でパターニングし、パターン形成したフォトレジストを熱軟化点より高い温度で熱処理を行い、レンズ形状を形成する。このレンズ形状のレジストをマスクとして、ドライエッチング法を用いて該レンズ形状を下地のレンズ材料にパターン転写し、レンズを全画素に形成する。なお、マイクロレンズの形成は、この手法に限定するものではなく、例えば、感光性樹脂からなるレンズ材の成膜と、プリベーク、露光、現像、ブリーチング露光処理を順次行った後に、感光性樹脂の熱軟化点以上の温度で熱処理を行う方法を採用してもよい。
なお、本技術は上述した各実施形態に限られず、上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本技術の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
そして、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方で位置が互いに異なる第１縁部と第２縁部とを有する、固体撮像素子。
（２）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子。
（３）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる第３方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子。
（４）
前記第３方向は、本固体撮像素子の受光面の光軸中心から延びる放射線に沿う方向である、前記（３）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記縁部は、前記放射線に沿う方向と異なる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている、前記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
本固体撮像素子は、複数の画素を有し、
前記遮光部を有する画素は、２つ一組で設けられており、
当該２つ一組の各画素の遮光部は、画素の受光面の互いに異なる範囲を遮光する形状である、前記（１）〜前記（５）の何れか１項に記載の固体撮像素子。
（７）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方で位置が互いに異なる第１縁部と第２縁部とを有する、固体撮像素子と、
前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。
（８）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子と、
前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。
（９）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる第３方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子と、
前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。
（１０）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方で位置が互いに異なる第１縁部と第２縁部とを有する、固体撮像素子の製造方法。
（１１）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、その途中に段差部を有する、固体撮像素子の製造方法。
（１２）
被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、
前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる第３方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子の製造方法。
１０…受光部、１２…固体撮像装置、２０…フォトダイオード、１１…受光面１０ｃ…光軸中心、３０…マイクロレンズ、４０…遮光部、４１…縁部、４１Ｇ…段差部、１００…固体撮像素子、１１０…受光面、１２１…画素部、１２２…垂直駆動部、１２３…アナログデジタル変換部（ＡＤ変換部）、１２４…参照信号生成部、１２５…水平駆動部、１２６…タイミング制御部、１２７…信号処理部、２００…撮像装置、２１０…レンズ部、２１０Ａ…第１レンズ部、２１０Ｂ…第２レンズ部、２１１…ズームレンズ、２１２…絞り、２１３…フォーカスレンズ、２１４…レンズ制御部、２２０…操作部、２３０…制御部、２４０…固体撮像素子、２５０…信号処理部、２６０…記憶部、２７０…表示部、２８０…合焦判定部、２９０…駆動部、３００…固体撮像素子、３０１…半導体基板、３０１Ａ…基板表面、３０１Ｂ…基板裏面、３１０…画素領域、３１１…単位画素、３１２…ゲート電極、３１３…素子分離領域、３１４…配線、３１５…層間絶縁膜、３１６…多層配線層、３１７…平坦化膜、３１８…カラーフィルタ層、３１９…マイクロレンズ、３２０…遮光膜、３２１…層間絶縁膜、３５０…隔壁部、４１１…第１縁部、４１２…第２縁部、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向、Ｄ４…第４方向、Ｄａ…受光データ、Ｄｂ…受光データ、Ｄｄ…検波方向、Ｄｒ…放射線、Ｇ１…第１主光線角度グループ、Ｇ２…第２主光線角度グループ、Ｌ１…第１線、Ｌ２…第２線、Ｐ…画素、ＰＤ…フォトダイオード、ＰＧ…画像生成画素群、ＰＬ…位相差検出画素群、Ｐｈ…画素、Ｐｈ１…画素、Ｐｈ２…画素

Claims (5)

  1. 被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
    前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
    前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、
    前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、
    前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
    前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる本固体撮像素子の受光面の光軸中心から延びる放射線に沿う方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、
    固体撮像素子。
  2. 前記縁部は、前記放射線に沿う方向と異なる方向線の組み合わせによりジグザグに形成されている、請求項1 に記載の固体撮像素子。
  3. 本固体撮像素子は、複数の画素を有し、
    前記遮光部を有する画素は、２つ一組で設けられており、
    当該２つ一組の各画素の遮光部は、画素の受光面の互いに異なる範囲を遮光する形状である、請求項１ に記載の固体撮像素子。
  4. 被写体からの光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を備え、前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる本固体撮像素子の受光面の光軸中心から延びる放射線に沿う方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、固体撮像素子と、
    前記画素が生成する信号に基づいて位相差検出による合焦判定を行う合焦判定部と、を具備する撮像装置。
  5. 被写体からの光を集光するマイクロレンズと、
    前記マイクロレンズが集光した被写体光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、
    前記光電変換部と前記マイクロレンズの間に設けられた遮光部と、を有する画素を形成する工程を含み、
    前記画素は、本固体撮像素子の画隅部分に形成されており、
    前記遮光部は、前記光電変換部の受光面上を通過する縁部を有し、
    前記縁部は、出力画像の上下方向に対応する第１方向と出力画像の左右方向に対応する第２方向との双方と異なる本固体撮像素子の受光面の光軸中心から延びる放射線に沿う方向に前記光電変換部の受光面上を通過する、
    固体撮像素子の製造方法。
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